人體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)3

1、 課程名稱：運(yùn)動(dòng)技術(shù)分析與診斷 課次： 4 授課對(duì)象：運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練專業(yè) 教學(xué)目的：了解人體運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析授課內(nèi)容：1 人體運(yùn)動(dòng)中的力2牛頓運(yùn)動(dòng)定律及其在體育運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用3動(dòng)量定理和動(dòng)量守恒定律在體育運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用4人體轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)在體育運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用教學(xué)方法：講授法 教學(xué)重點(diǎn)：牛頓運(yùn)動(dòng)定律及其在體育運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用教學(xué)難點(diǎn)：動(dòng)量定理和動(dòng)量守恒定律在體育運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用 時(shí)間安排：復(fù)習(xí)10分鐘，導(dǎo)入5分鐘，講解65分鐘，小結(jié)與答疑10分鐘 需用教具：多媒體設(shè)備 人體運(yùn)動(dòng)中的參照系分為慣性參考性和非慣性參考系，是指以地球或相對(duì)于地球靜止不動(dòng)的物體、或作勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體作為參考系。非慣性參考系是指相對(duì)于地球作變速運(yùn)

2、動(dòng)的物體，或者說(shuō)以相對(duì)慣性參照系做加速運(yùn)動(dòng)的物體作為參照系。人體運(yùn)動(dòng)中的坐標(biāo)系主要有三種：一維坐標(biāo)系，用ox直線表示，如100m 游泳就可近似的看成在一維坐標(biāo)上運(yùn)動(dòng)。二維坐標(biāo)也叫平面坐標(biāo)，由ox，oy構(gòu)成的直角坐標(biāo)系，如跳遠(yuǎn)中人體運(yùn)動(dòng)的重心軌跡就可近似的看成是在一個(gè)平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。三維坐標(biāo)，又稱立體坐標(biāo)，它由ox，oy，oz組成的立體空間坐標(biāo)系，如投擲標(biāo)槍，排球中的飄球就是典型的三維空間中的運(yùn)動(dòng)。人體運(yùn)動(dòng)的分類(lèi)可以分為質(zhì)點(diǎn)、剛體和多剛體，目前我國(guó)采用的剛體類(lèi)型主要有松田秀治人體模型、漢納范人體模型。我們?cè)谫|(zhì)點(diǎn)的研究中，主要是將質(zhì)點(diǎn)看成是直線運(yùn)動(dòng)和曲線運(yùn)動(dòng)，直線運(yùn)動(dòng)分為勻速直線運(yùn)動(dòng)、變速直線運(yùn)動(dòng)和

3、勻變速直線運(yùn)動(dòng)，其中自由落體和豎直上拋是勻變速直線運(yùn)動(dòng)中的兩種特例。質(zhì)點(diǎn)的曲線運(yùn)動(dòng)主要有圓周運(yùn)動(dòng)和斜拋物體運(yùn)動(dòng)，斜拋物體中又分為平拋和斜拋。在剛體的運(yùn)動(dòng)類(lèi)型中主要有三種，平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和復(fù)合運(yùn)動(dòng)，平動(dòng)分為直線平動(dòng)：如游泳運(yùn)動(dòng)員，曲線平動(dòng):如跳傘運(yùn)動(dòng)員。轉(zhuǎn)動(dòng)以及復(fù)合運(yùn)動(dòng)在跳水和體操中體現(xiàn)的比較多。人體運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，主要有時(shí)間、空間和時(shí)空，時(shí)間中包括時(shí)刻和時(shí)間兩個(gè)部分，而時(shí)空是彌補(bǔ)時(shí)間的不足，主要從軌跡、路程和位移三個(gè)方面來(lái)體現(xiàn)，在研究中應(yīng)注意路程是物體運(yùn)動(dòng)的軌跡，而位移則是起點(diǎn)與終點(diǎn)的直線距離，時(shí)間和空間的疊加就是我們所講的時(shí)空特征，主要從速度、速率以及加速度來(lái)研究器械或人體的時(shí)空特征。第二節(jié)

4、人體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué) 本節(jié)課主要從人體運(yùn)動(dòng)中常見(jiàn)的力、牛頓運(yùn)動(dòng)基本定律、動(dòng)量定理和動(dòng)量守恒定律、人體運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)和人體運(yùn)動(dòng)中的功與能5個(gè)方面來(lái)進(jìn)行今天的人體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)學(xué)習(xí)。 在人體運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)中，我們討論了如何描述人體或器械在空間和時(shí)間上運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化的規(guī)律，但這僅是一種外部幾何性質(zhì)的現(xiàn)象描述，并沒(méi)有闡明人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的原因。在運(yùn)動(dòng)技術(shù)研究中，不僅需要掌握各種動(dòng)作在時(shí)間、空間上所表現(xiàn)出來(lái)的差異特征，而且更需要了解產(chǎn)生這些差異的內(nèi)在原因，即研究人體或器械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化與引起這些變化的力之間的關(guān)系。只有這樣，才能有效地確定動(dòng)作的技術(shù)原理和改善運(yùn)動(dòng)技術(shù)動(dòng)作的效果。這就是本節(jié)課所要講的人體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力

5、學(xué)。主要包括力的特征、動(dòng)量特征和能量特征三個(gè)方面。 人體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)研究中，我們是以牛頓力學(xué)為基礎(chǔ)的，采用力學(xué)的研究方法對(duì)人體的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究。由于人體結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜，為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，在進(jìn)行的研究中我們?nèi)匀话讶梭w簡(jiǎn)化為質(zhì)點(diǎn)或剛體，當(dāng)然，在研究實(shí)際問(wèn)題時(shí)，要考慮其局限性。 一、人體運(yùn)動(dòng)中的力 一力的概念 人們對(duì)力的認(rèn)識(shí)，首先是在日常生活中，從肌肉緊張和疲勞的感覺(jué)中形成對(duì)力的初步認(rèn)識(shí)。如舉起一個(gè)重物，手臂肌肉會(huì)感到緊張，堅(jiān)持久了，會(huì)感到疲勞，就認(rèn)為手臂在用力。在生活實(shí)踐中，人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，力不一定要與感覺(jué)聯(lián)系在一起，不僅人可以對(duì)物體施力，物體之間也能相互施力。不僅人的手可以舉起重物，拴在樹(shù)上的繩子同樣

6、可以懸吊重物。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的生活實(shí)踐人們認(rèn)識(shí)到，力是物體對(duì)物體的作用，物體間力的作用是相互的。力作用在物體上會(huì)產(chǎn)生一定的效應(yīng)用力推靜止的小車(chē)，可使它運(yùn)動(dòng)起來(lái)；用球拍擊球可使球改變運(yùn)動(dòng)的快慢和方向；當(dāng)用力扣球時(shí)，不但使球改變了運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而且使球形狀出發(fā)生了變化。所以，力的作用可使物體改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或產(chǎn)生形變，這就是力的作用效應(yīng)。前者稱為外效應(yīng)，后者稱為內(nèi)效應(yīng)。影響力的作用效應(yīng)的因素有力的大小、方向和作用點(diǎn)，稱為力的三要素，只要改變其中任何一要素，都會(huì)使力的作用效應(yīng)發(fā)生改變。因此，在分析問(wèn)題時(shí)，確定一個(gè)力的效應(yīng)，必須同時(shí)確定力的三個(gè)要素。 由于力具有方向性，是矢量，在幾何上可把力表示為一段帶箭頭的線段。

7、線段的長(zhǎng)度代表力的大小，箭頭所指的方問(wèn)代表力的方向，線段的起點(diǎn)代表力的作用點(diǎn)。力的合成與分解遵循平行四邊形法則。 (二)人體運(yùn)動(dòng)的內(nèi)力 在研究人體運(yùn)動(dòng)時(shí)，首先要確定研究對(duì)象。若將人體看作一個(gè)力學(xué)系統(tǒng)，那么，人體內(nèi)部各部分相互作用的力稱為人體內(nèi)力。（例如，肌肉力、韌帶張力、關(guān)節(jié)約束力、軟骨應(yīng)力、骨的應(yīng)力）等都用于人體的內(nèi)力。由于內(nèi)力是一個(gè)力學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)部分之間的作用力，雖可引起系統(tǒng)內(nèi)部各部分的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但不能引起人體整體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變。正如人不能抓住自己的頭發(fā)提起自己一樣，舉重運(yùn)動(dòng)員力大無(wú)比卻無(wú)法自舉其身。（三）人體運(yùn)動(dòng)的外力如果把人體看成一個(gè)力學(xué)系統(tǒng)，那么來(lái)自人體外界作用于人體的力稱為人體外

8、力。（例如，重力、支撐反作用力、摩擦力等。）只有外力才能引起整個(gè)人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化。如果人體失去與其他物體的相互作用，人既不能走路又不能跑、即不可能改變自己在空間的位置。二者的關(guān)系內(nèi)力和外力的概念是相對(duì)的。如何確定某個(gè)力是內(nèi)力或是外力，取決于人們選取的研究對(duì)象。由于研究對(duì)象的不同，同一個(gè)力，既可看作內(nèi)力又可以看作為外力。例如，重力對(duì)人體來(lái)說(shuō)是外力，然而對(duì)地球行星來(lái)說(shuō)是內(nèi)力，重力作為人體的外力來(lái)說(shuō)，能改變?nèi)说奈恢煤瓦\(yùn)動(dòng)，但不能影響地球繞其自軸旋轉(zhuǎn)、繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)。 對(duì)人體整體而言，肌張力是內(nèi)力；然而對(duì)作用于人體的環(huán)節(jié)而言肌張力又是外力，肱肌張力對(duì)前臂而言是外力，而對(duì)整個(gè)上臂而言肱肌張力又是內(nèi)力。 人

9、體內(nèi)力與外力是相互聯(lián)系的，內(nèi)力是人體運(yùn)動(dòng)的必要條件，但內(nèi)力只有通過(guò)外力才能使人體產(chǎn)生整體運(yùn)動(dòng)。例如：蹬地時(shí)，是依靠人的肌力使下肢各關(guān)節(jié)伸直，在伸直的過(guò)程中給地面以作用力。同時(shí)，地面又以反作用力(外力)作用于人體。而這個(gè)外力可改變?nèi)梭w的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這個(gè)事實(shí)告訴我們：內(nèi)力和外力相互聯(lián)系。 (三)人體在運(yùn)動(dòng)中所受到的外力 1重力 人體重力即地球?qū)θ梭w的引力，是一種非接觸的力，是人體各部分所受地球引力的合成。人體重力的作用點(diǎn)為人體的重心，其方向向下，指向地心。重力的大小也叫重量。在物理學(xué)中，重量與質(zhì)量是兩個(gè)不同的概念。它們的區(qū)別在于：質(zhì)量是物體內(nèi)含物質(zhì)的多少，是慣性大小的量度，是物質(zhì)本身的屬性，其大小不

10、隨物體位置的變化而變化； 重量是物體所受地球吸引力的大小，是產(chǎn)生重力加速度的原因，其大小隨物體位置的改變而變化。同一物體在不同的緯度或高度上，其重量不同。例如在赤道上重力加速度為9.78m/s2 重量最小，而在兩極重力加速度最大9.83m/s2 ，但是在計(jì)算中我們常取g98m/s2 體育運(yùn)動(dòng)中利用自身體重或額外加載訓(xùn)練隨處可見(jiàn)。如高抬腿跑時(shí)，腿上綁上沙袋；肩扛杠鈴下蹲、起跳，或穿上沙背心跑跳等，利用額外加載物體的重量附加于人體而增大訓(xùn)練的效果。 2彈性力 發(fā)生形變的物體要恢復(fù)原來(lái)的形狀而作用在與它相接觸的物體上的力，叫做彈性力。所以彈性力發(fā)生在直接接觸的物體之間，并以物體發(fā)生形變?yōu)橄葲Q條件。如

11、在人體作用下，跳水跳板、撐竿跳高中的彈性竿、體操中的單杠、雙杠及高低杠等體育器械都會(huì)發(fā)生一定的形變。產(chǎn)生的彈性力可作用在人體上，加大人體運(yùn)動(dòng)的速度或動(dòng)作幅度。 3摩擦力 兩相互接觸的物體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)或有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)產(chǎn)生的力，稱為摩擦力。物體所受的摩擦力的方向總是與其運(yùn)動(dòng)(趨勢(shì))的方向相反。 摩擦力分為靜摩擦力、滑動(dòng)摩擦力和滾動(dòng)摩擦力。 (1)靜摩擦力：相互接觸的兩物體有相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)，而又保持相對(duì)靜止時(shí)，在接觸面上產(chǎn)生阻止其出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)的力，稱為靜摩擦力。如下圖中的水平面時(shí)物體的靜摩擦力和斜面時(shí)物體的靜摩擦力。(2) 滑動(dòng)摩擦力：當(dāng)兩個(gè)物體相互接觸并發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí)二物的接觸面上產(chǎn)生阻礙物體相對(duì)滑

12、動(dòng)的力，稱為滑動(dòng)摩擦力。F =N 滑動(dòng)摩擦力等于u乘以N，其中u是滑動(dòng)摩察系數(shù)，而N則為物體所受的正壓力。 （3）滾動(dòng)摩擦力 當(dāng)物體沿接觸面滾動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生阻礙滾動(dòng)的力稱為滾動(dòng)摩擦力。F =W K/R 滾動(dòng)摩擦力等于w乘以k除以R，其中w為圓柱的重量，k為滾動(dòng)摩擦系數(shù)，而R則為圓柱的半徑。在體育運(yùn)動(dòng)中摩擦力是普遍存在的。人之所以能走、能跑，靠的就是鞋底和地面之間的摩擦力，可以說(shuō)，沒(méi)有這種摩擦力，人就寸步難行。所以，在體育中，人們往往利用摩擦力來(lái)增大運(yùn)動(dòng)效果。例如，在跑鞋上加鞋釘或鞋底上制做不同的花紋來(lái)增大摩擦力，在體操項(xiàng)目中使用鎂粉、松香粉就是為了改變摩擦系數(shù)，以增大摩擦力；在滑雪板上涂油，在自

13、行車(chē)軸上灌潤(rùn)滑油、在游泳項(xiàng)目中身上涂油，則是為了減小摩擦力。 4. 支撐反作用力人體處于支撐狀態(tài)時(shí)，力作用于支點(diǎn)上，支點(diǎn)又反作用于人體，這種作用力稱為支撐反作用力。1) 靜力性支撐反作用力：由于受到重力對(duì)支點(diǎn)產(chǎn)生的壓力，支點(diǎn)則對(duì)人體產(chǎn)生一個(gè)反作用力，它是一種約束反力，稱靜力性支撐反作用力。例如：人體站在地面靜止不動(dòng)，重力使人體壓向地面，而地面的反作用力作用于人體，這就是靜力性支撐反作用力，兩個(gè)力大小相等，因而維持著人體的平衡。2） 動(dòng)力性支撐反作用力：人體處于支撐狀態(tài)，而人體局部環(huán)節(jié)做加速運(yùn)動(dòng)，其結(jié)果給支點(diǎn)以作用力，支點(diǎn)則給人體一個(gè)反作用力，稱動(dòng)力性支撐反作用力。其中局部環(huán)節(jié)加速度主要有三種：

14、 A 加速垂直離開(kāi)支點(diǎn)：人體站立時(shí)，文撐反作用力等于體重，當(dāng)兩臂向上上加速離開(kāi)支點(diǎn)時(shí)，則支撐反作用力便大于體重(RP），增大的值與運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)質(zhì)量及其加速度成正比。經(jīng)常發(fā)生在人體垂直向上擺臂、蹬離地面時(shí)。 b加速垂度朝向支點(diǎn) 人體站立時(shí)，突然下蹲(向下加速)，則支撐反作用力便小于體重(R<P)，減小的值與運(yùn)動(dòng)的環(huán)節(jié)的質(zhì)量及其加速度成正比，在人體各種下蹲動(dòng)作中可以見(jiàn)到。 c加速斜向離開(kāi)支點(diǎn)：加速度斜向離開(kāi)支點(diǎn)，支撐反作用力也會(huì)增大，并與水平面成一定角度。如蹬地跑時(shí)，這時(shí)支撐反作用力(R)按力的分解可分為兩個(gè)外力，其中水平分力推動(dòng)人體前進(jìn)，而垂直分力對(duì)抗重力。體育實(shí)踐中利用擺臂、擺腿提高支撐反作

15、用力的例子屢見(jiàn)不鮮。研究表明手臂擺動(dòng)在不同姿勢(shì)縱跳的最大力值中以放在體前、體側(cè)上擺效果較好，而軀干在不同姿勢(shì)縱跳的最大值中以軀于稍彎或半彎為好。 （五）流體作用力（介質(zhì)作用力）運(yùn)動(dòng)員從事的體育運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)器械絕大多數(shù)在空氣中或水中進(jìn)行，其中空氣、水就是介質(zhì)。既然人或器械在介質(zhì)內(nèi)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，必然要與介質(zhì)發(fā)生接觸，并相互作用，這種作用主要表現(xiàn)在動(dòng)態(tài)作用方面。如鐵餅、標(biāo)槍出手時(shí)微逆風(fēng)時(shí)器械獲得上舉力；跳臺(tái)上劃雪運(yùn)動(dòng)員騰空時(shí)人體受到的上舉力，游泳時(shí)手臂劃水對(duì)介質(zhì)發(fā)生作用，介質(zhì)同時(shí)對(duì)手臂以反作用推動(dòng)人體前進(jìn)。這些都是流體作用力。 從空氣動(dòng)力學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)中知道迎面空氣阻力f大小與物體截面積s、流體密度P、迎

16、面阻力系數(shù)C，以及物體對(duì)流體的相對(duì)速度有關(guān)。當(dāng)跑速為51ms時(shí)(馬拉松運(yùn)動(dòng)員的跑速），空氣阻力約為882N；當(dāng)跑速為1010.12ms時(shí)(高級(jí)短跑運(yùn)動(dòng)員的跑速)，空氣阻力約為24.7-41.5N。因而從事研究高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，介質(zhì)作為一種阻力是不可忽視的。如高山滑雪運(yùn)動(dòng)員在以30 ms速度下沿時(shí)，下垂雙臂阻力就增大50 N。由此對(duì)知，在這種運(yùn)動(dòng)時(shí)選擇最合適的動(dòng)作對(duì)減小介質(zhì)阻力是有著極重要的意義。(6) 向心力：在運(yùn)動(dòng)學(xué)中已講過(guò)，物體作勻近圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的向心加速度。它的大小等于V2R，方向指向圓心，這個(gè)加速度稱向心加速度。有加速度的存在，就有力的存在，其方向與加速度方向和速度方向一致。因此，向心力是產(chǎn)生

17、向心加速度的原因。由此可知，物體在作四周運(yùn)動(dòng)時(shí)，必須有一個(gè)方向跟速度方向垂直，并且指向圓心的力作用于進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)的物體上，這種力叫做向心力 這里F為向心力，m為運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量，V為運(yùn)動(dòng)物體的線速度, R為繞鈾轉(zhuǎn)動(dòng)物體的半徑。從公式可以看出，向心力與轉(zhuǎn)動(dòng)半徑成反比，與轉(zhuǎn)動(dòng)物體的質(zhì)量和線速度平方成正比。 如圖中的花樣滑冰和單杠大回環(huán)中人體的動(dòng)作就受到向心力作用二、牛頓運(yùn)動(dòng)定律及其應(yīng)用 (一)牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律的概念 在2000多年前牛頓和伽利略研究了各種物體在斜面上的運(yùn)動(dòng)，設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，如圖中所示：先把兩個(gè)傾角相同的斜面對(duì)接起來(lái)，讓小球從某一高度h下滑。在摩擦力極小的情況下，它在另一斜面達(dá)到同樣的

18、高度，如把傾斜角度減少，則小球在達(dá)到原來(lái)高度的過(guò)程中走過(guò)的距離增大，由此，它得出如果把傾斜的角度將為零，那么小球?qū)⒂啦煌Ｖ沟倪\(yùn)動(dòng)，沒(méi)有加速?zèng)]有減速，保持原有的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。任何物體，在不受力作用或所受合外力等于零時(shí)，保持原有的靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)， 這就是牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律，我們也稱它為慣性定律。 在自然界中，找不到完全不受外界作用的物體。在實(shí)際應(yīng)用中，“不受力作用”在某種意義上應(yīng)理解為物體受到的力作用恰好相互抵消，這時(shí)結(jié)論依然正確。如放在場(chǎng)地上的鉛球，它受到的重力作用與地面支撐力的作用相平衡，它就保持靜止的狀態(tài)。牛頓第一定律表明，不受其它物體作用的物體，若靜止則永遠(yuǎn)靜止，若運(yùn)動(dòng)則永遠(yuǎn)作勻速直

19、線遠(yuǎn)動(dòng)，即物體具有保持它原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的性質(zhì)，這種性質(zhì)稱為慣性。因此，牛頓第一定律也叫慣性定律。 （二）牛頓第一定律的內(nèi)容 牛頓第一定律包括力、慣性及慣性參照系。 1）力的意義：力是引起運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的原因，如靜止在地上的杠鈴，人施力于杠鈴，結(jié)果杠鈴被提起，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變才說(shuō)明受到了外力的作用。 2）慣性：任何物體在不受外力作用下，具有保持其原有的靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)(包括運(yùn)動(dòng)速度的大小和方向)不變的性質(zhì)，稱物體的慣性。在體育運(yùn)動(dòng)中，常遇到慣性問(wèn)題。例如自行車(chē)運(yùn)動(dòng)員到達(dá)終點(diǎn)后即使不在蹬踏，車(chē)子仍會(huì)繼續(xù)前進(jìn)，短跑運(yùn)動(dòng)員在短跑起跑后，人體跑速不能立即達(dá)到最大跑速，而在沖刺之后，人體也不能

20、立即停下來(lái)，這都是慣性的緣故。慣性是任何物體固有的屬性，其大小是可以量度的，質(zhì)量越大，慣性也越大，物體保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的能力越強(qiáng)。例如投擲一個(gè)壘球比推一個(gè)鉛球容易的多，如果壘球與鉛球以同樣的速度滾過(guò)來(lái)，停住壘球比停住鉛球容易，這說(shuō)明改變壘球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)比改變鉛球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)容易，這是由于壘球的慣性比鉛球的慣性小，因?yàn)閴厩虻馁|(zhì)量也比鉛球的質(zhì)量小。足球和實(shí)心球道理一樣。3）慣性參照系：慣性參照系是指以地球或相對(duì)于地球靜止不動(dòng)的物體、或作勻速直線的物體為參照系，又稱靜參照系。（三）牛頓定律在體育中的應(yīng)用掌握了慣性定律，在體育運(yùn)動(dòng)中合理地利用慣性，可使肌肉的放松、收縮適時(shí)、有節(jié)奏，動(dòng)作更加經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)，減少能

21、量消耗，即通常講的使“巧勁”。例如舉重運(yùn)動(dòng)員在提杠鈴或上舉杠鈴時(shí)就應(yīng)注意爆發(fā)式用力，以改變杠鈴速度等于零的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)到速度不等于零的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即克服它的靜止?fàn)顟B(tài)進(jìn)入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。一旦杠鈴進(jìn)入運(yùn)動(dòng)，就要求運(yùn)動(dòng)員保持舉杯鈴時(shí)動(dòng)作的連貫性如若中途稍有緩慢或停頓，不僅不可能完成此動(dòng)作，還要導(dǎo)致比賽的失敗。如保持一定的速度比改變速度要容易、省力得多，因此在長(zhǎng)距離游泳、賽跑中，提倡用適宜的較穩(wěn)定的速度游、跑。在體操中，特別注意動(dòng)作的連貫性，盡可能避免頻繁地改變運(yùn)動(dòng)速度，以減少不必要的負(fù)荷。二、牛頓第二定律及其應(yīng)用 當(dāng)一個(gè)物體受到的合外力不為零時(shí)，物體運(yùn)動(dòng)的加速度與合外力成正比，與其質(zhì)量成反比，加速度的方向與合外

22、力的方向致，稱為牛頓第二定律。用公式可表示為： 根據(jù)牛頓第二定律，要產(chǎn)生加速度，必須有外力的作用，即外力的作用是物體產(chǎn)生加速度的原因。當(dāng)質(zhì)量不變時(shí)，加速度的大小與外力成正比。在相同的外力條件下，質(zhì)量越大，產(chǎn)生的加速度越小，越不容易改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。如圖中兩個(gè)小孩推一個(gè)體重較大的運(yùn)動(dòng)員的畫(huà)面，體重大的運(yùn)動(dòng)員人沒(méi)動(dòng)，反而是小孩在往后加速運(yùn)動(dòng)。 （二 ）牛頓第二定律的內(nèi)容 1.力的獨(dú)立性原理 如果物體同時(shí)受到幾個(gè)力的作用時(shí)，我們可以認(rèn)為每一個(gè)力都產(chǎn)生相應(yīng)的加速度，而合速度則是這些加速度的合成。每一個(gè)力作用的效果，不因?yàn)槠渌牧υ谕瑫r(shí)作用而有所改變。遵循平行四邊形的合成原理。2. 力和加速度的瞬時(shí)性 運(yùn)動(dòng)

23、牛頓第二定律時(shí)，要注意力和加速度之間關(guān)系的瞬時(shí)性。力F可以是變力，而加速度a總是隨著F的變化而變化。每一瞬時(shí)的a只決定于這一瞬間的F,而與這一瞬間之前和之后的F無(wú)關(guān)。力一旦消失，加速度也消失。 3.力和加速度的矢量性 F= m a反映第二運(yùn)動(dòng)定律的矢量性。力和加速度a都是矢量，質(zhì)量m是標(biāo)量。所以力F的方向與a的方向相同。F=F1+F2+F3+.Fn a = a1 + a2 + a3 +.a n4. 運(yùn)動(dòng)的即時(shí)傳遞性 當(dāng)人體與外界發(fā)生相互作用時(shí)，人體所受到的外力與身體質(zhì)心加速度往往并非同步，加速度通常滯后于外力，其原因是力在身體內(nèi)傳遞需要時(shí)間，如在踏跳、擊打時(shí)，強(qiáng)調(diào)身體瞬間生理鋼化的原因，其目的

24、是提高作用即時(shí)傳遞的效果。 （三）牛頓第二定律在體育運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用 如跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)員在起跳階段，除起跳腿積極快速蹬伸地面以使身體重心獲得較大的向上加速度外，還需要利用擺動(dòng)腿和雙臂的加速上擺，以有效的增大地面對(duì)人體的作用力。 (三)牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律及其應(yīng)用 （作用與反作用定律） 若物體A對(duì)物體B作用一力FAB，則物體B同時(shí)以力FAB反作用物體A，兩力的大小相等，方向相反，并在同一直線上，即 如劃船運(yùn)動(dòng)員以漿劃水，水也以相反的力向前推漿，故而船向前進(jìn)。在如武術(shù)中的沙袋練習(xí)，拳打沙袋向前移動(dòng)，沙袋同樣以力將人往后推。 （二）牛頓第三定律在體育運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用（1） 作用力和反作用力分別作用在不同的物體上，這與

25、一個(gè)物體受兩力的作用而平衡有本質(zhì)的區(qū)別。 如踢足球，腳對(duì)球的作用力為F1，作用在球上，使球產(chǎn)生加速度和形變。而球?qū)δ_的作用力F2同時(shí)作用在腳上，使腳產(chǎn)生向后的加速度和受到壓迫 。如冰壺中的兩個(gè)壺就是利用作用與反作用力的原理。 (2)作用力和反作用力大小相等，但各自產(chǎn)生不等的運(yùn)動(dòng)效果。 運(yùn)動(dòng)員推鉛球，在最后用力階段，運(yùn)動(dòng)員的手與鉛球的作用力是一對(duì)作用力與反作用力，它們大小相等，方向相反，作用在不同的物體上，因而它們所獲得加速度的大小必然和它們的質(zhì)量成反比。在推鉛球時(shí)，手對(duì)鉛球施加一向前的作用力，鉛球質(zhì)量小，獲得較大的向前加速度，于是球向前飛出。鉛球也向人體施加一相等的向后作用力，而人體質(zhì)量較大，

26、向后的加速度較少，幾乎為零。顯然，運(yùn)動(dòng)員體重大，這種效果越明顯，這就是為什么投擲運(yùn)動(dòng)員需要加大體重的原因。如拳擊、柔道和摔跤、散打等對(duì)抗性項(xiàng)目。(3) 作用力和反作用力必是同種性質(zhì)的力。 如果作用力是摩擦力，反作用力也是摩擦力；如果作用力是彈性力，反作用力一定也是彈性力。如果作用力是向心力，那么反作用力一定是離心力。 如投擲鏈球，運(yùn)動(dòng)員的手臂通過(guò)鐵鏈對(duì)球施加向心力，不斷改變球的運(yùn)動(dòng)方向，使球得以實(shí)現(xiàn)圓周運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，鐵鏈對(duì)手臂施加一相等的向外的離心力，它作用在手臂上，松手后鏈球不在受向心力的作用，因慣性的沿切線方向飛出。單杠大回環(huán)動(dòng)作時(shí)，運(yùn)動(dòng)員與單杠的相互作用。 (4)作用力與反作用力同時(shí)存在、

27、同時(shí)消失，互以對(duì)方存在為自己存在的前提。人體站立于地面，人體受力與地面的受力是一對(duì)作用力與反作用力。如人體質(zhì)心或部分環(huán)節(jié)做向上加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩者同時(shí)增大，如人體質(zhì)心或部分環(huán)節(jié)做向下加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩者同時(shí)減少；如人體騰空時(shí)，兩者同時(shí)消失。如跳高 2第三運(yùn)動(dòng)定律在體育運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用 當(dāng)人們進(jìn)行各種運(yùn)動(dòng)時(shí)，作用力與反作用力問(wèn)題是普遍存在的。在走、跑、跳等動(dòng)作中，人體所獲得的動(dòng)力是人蹬地過(guò)程中，地面給人體的反作用力。要獲得較大的反作用力作為人體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，必須加大人的蹬地力。 為了尋求更大的對(duì)人體作用的地面反作用力，實(shí)踐中采用一些措施，創(chuàng)造某種良好的作用條件。例如，選擇堅(jiān)硬的場(chǎng)地、在跑鞋、跳鞋上安上訂子，起

28、跳時(shí)用跳穴或起跑器等。 對(duì)于球類(lèi)項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，又需要建立穩(wěn)固的擊球點(diǎn)，有時(shí)候回球質(zhì)量不高，很大部分原因就是擊球點(diǎn)的位置不對(duì)。 3、 動(dòng)量定理、動(dòng)量守恒定律及其應(yīng)用 (1) 動(dòng)量和沖量 動(dòng)量是描述物體在一定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下所具有的運(yùn)動(dòng)量。 在足球比賽中，守門(mén)員要接住速度小的足球比較省力，相反，要接住速度大的足球則比較費(fèi)力。這說(shuō)明，對(duì)同一個(gè)球，速度小的球運(yùn)動(dòng)量小，速度大的球運(yùn)動(dòng)量大。另一方面，停住一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的鉛球比停住一個(gè)同樣速度的壘球費(fèi)力。這一事實(shí)又說(shuō)明運(yùn)動(dòng)速度相同時(shí)，質(zhì)量小的壘球運(yùn)動(dòng)量小，質(zhì)量大的鉛球運(yùn)動(dòng)量較大。 由此可見(jiàn)物體的運(yùn)動(dòng)量與其速度和質(zhì)量有關(guān)。速度愈大，質(zhì)量愈大，其機(jī)械運(yùn)動(dòng)量也愈大。力學(xué)上就定

29、義物體的質(zhì)量和速度的乘積，稱為動(dòng)量。即 2沖量 力的沖量與動(dòng)量密切相關(guān)。要使物體的動(dòng)量發(fā)生一定的變化，作用于物體的力和此力作用的時(shí)間是兩個(gè)同樣重要的因素。牛頓第二定律只反映物體受力作用和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的瞬時(shí)關(guān)系，力的瞬時(shí)作用，不能說(shuō)明物體在受到外力作用的一般過(guò)程中運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的情況。而在實(shí)際上，無(wú)論是物體的運(yùn)動(dòng)，還是人體的運(yùn)動(dòng)，都存在連續(xù)受到外力作用的現(xiàn)象。所以，必須研究力在一定時(shí)間間隔內(nèi)的累積效應(yīng)。即外力使物體動(dòng)量發(fā)生變化的大小，由力和力的作用時(shí)間所決定。 在力學(xué)中，將作用于物體上的外力與外力的作用時(shí)間的乘積，定義為力的沖量： 在實(shí)際研究中，通常測(cè)出力隨時(shí)間的變化曲線。如果力是一個(gè)恒力，在Ft

30、關(guān)系圖上表現(xiàn)為一水平線段。根據(jù)沖量的定義就恰為這條水平線段下所圍成的矩形面積的大小(圖235a)。如果力是隨時(shí)間變化的(變力)，在Ft圖上，力表現(xiàn)為一條曲線，沖量的大小等于曲線和橫坐標(biāo)所圍成的面面積（圖235b）。 (二)動(dòng)量定理 牛頓第二定律所說(shuō)明的是在力的瞬時(shí)作用下，物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化，而動(dòng)量定理說(shuō)明的是在力持續(xù)一段時(shí)間的作用下，物體動(dòng)量的變化。 假如質(zhì)量為m的物體，受恒力F作用，則其加速度矢量也是恒定不變的t0時(shí)刻的速皮為V0。t1時(shí)刻的速度為Vt，則 上述二式左側(cè)為物體動(dòng)量矢量的增量，上式右側(cè)為物體所受的合力的沖量。因此，物體(質(zhì)點(diǎn))的動(dòng)量矢量的增量(矢量差)等于它所受的合外力的沖量，

31、這個(gè)關(guān)系稱動(dòng)量定理。 在研究具體問(wèn)題時(shí)，有時(shí)人們關(guān)心的不是力的瞬時(shí)效應(yīng)，而是累積效應(yīng)。如推鉛球的作用時(shí)間為04秒，通常關(guān)心的是在這段時(shí)間內(nèi)，鉛球的動(dòng)量增加了多少，出手時(shí)的動(dòng)量為多大。 (三)動(dòng)量定理在體育運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用 動(dòng)量定理在體育運(yùn)動(dòng)的研究中應(yīng)用廣泛。根據(jù)此定理，可以對(duì)運(yùn)動(dòng)技術(shù)提出一些一般性的原則。例如：1為了減少外界對(duì)人體的沖擊力，就得延長(zhǎng)力作用的時(shí)間。如體操和各種落地動(dòng)作，一般要求從前腳掌著地，迅速過(guò)渡到全腳掌，同時(shí)屈膝屈髖伸踝，其目的就是延長(zhǎng)與地面的作用時(shí)間，減小沖力對(duì)人體的作用。又如接高速來(lái)球，當(dāng)手接球的同時(shí)曲肘回收，順勢(shì)接球，可延長(zhǎng)手與球的作用時(shí)間，從而減少球?qū)κ值臎_力作用。 各種

32、球類(lèi)動(dòng)動(dòng)中的許多動(dòng)作屬?zèng)_擊性動(dòng)作，如排球中的發(fā)球、扣球和墊球；足球中的踢球、頂球；乒乓球、棒球、冰球、網(wǎng)球等的擊球動(dòng)作。體操所用的海綿墊、跳高用的海綿包、拳擊用的拳套、跳遠(yuǎn)用的沙坑等都是為了延長(zhǎng)撞擊時(shí)間，體育上稱緩沖作用。2.為了使人體或器械獲得較大的速度，通常需增大作用力并延長(zhǎng)作用時(shí)間。在投擲項(xiàng)目中，為了增加器械的出手速度，即增加器械的出手動(dòng)量，應(yīng)增加在最后用力階段對(duì)器械的沖量。這要求在發(fā)揮最大力量的同時(shí)，延長(zhǎng)力的作用時(shí)間。如在投擲項(xiàng)目中，往往要求在最后用力前使身體盡可能超越器械。其作用：一方面可使原動(dòng)肌充分拉長(zhǎng)，以提高肌肉的收縮力；另一方面可延長(zhǎng)最后用力的作用距離，從而延長(zhǎng)作用時(shí)間，達(dá)到增

33、大沖量的目的。 這在體育運(yùn)動(dòng)中多見(jiàn)，如短跑中要求后蹬充分，以增大蹬地時(shí)的工作距離來(lái)增加力的作用時(shí)間；游泳運(yùn)動(dòng)員屈臂“S”型劃水代替直臂劃水，其目的也是為了增加力的作用時(shí)間。 總之要加大人體所受沖量，可增加沖力或增加力的作用時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可同時(shí)加大二者來(lái)實(shí)現(xiàn)。 3運(yùn)用動(dòng)量定理還可以計(jì)算人體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的一些重要的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。在跳躍項(xiàng)目中，用測(cè)力臺(tái)測(cè)出踏跳力隨時(shí)間的變化曲線，就可以求出人體所受的沖量，運(yùn)用動(dòng)量定理，則可求出人體騰空的速度。 4. 為了為了給物體以強(qiáng)大的沖力，還要求給以物體接觸的時(shí)間要短，如排球扣球就得以球以強(qiáng)大的沖力 運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)不是單純的機(jī)械力學(xué)，還有生物學(xué)這個(gè)重要因素。就以下蹲起

34、跳為例，所經(jīng)過(guò)的距離是深蹲比半蹲、淺蹲起跳來(lái)得長(zhǎng)。研究表明，同一組受測(cè)者表現(xiàn)出來(lái)的最大力和沖量都是半蹲比淺蹲、深蹲來(lái)得大。因此，必須要考慮到生物學(xué)因素。 (四)動(dòng)量守恒定律及其應(yīng)用 如果系統(tǒng)不受外力或受外力矢量和為零，則系統(tǒng)的總動(dòng)量（包括大小和方向）保持不變，這一結(jié)論稱為動(dòng)量守恒定律。 系統(tǒng)的總動(dòng)量不變，而系統(tǒng)內(nèi)物體在相互作用過(guò)程中，系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)物體的動(dòng)量各自改變著，系統(tǒng)內(nèi)各物體動(dòng)量的變化，一定是甲物體的增加，必然引起乙物體動(dòng)量的減少，而系統(tǒng)的總動(dòng)量不變。 如果系統(tǒng)內(nèi)各物體均不受外力作用，僅存在內(nèi)力相互作用，系統(tǒng)的功量將如何變化，現(xiàn)以兩物體的碰撞為例進(jìn)行討論。 設(shè)質(zhì)量分別為m1、m2的兩個(gè)小球在

35、極光滑的平面，沿同一直線作同方向運(yùn)動(dòng)。碰撞前速度分別為V1和V2，如兩球發(fā)生碰撞，碰撞時(shí)間為t，碰撞后速度分別為v1和v2在整個(gè)過(guò)程中，兩球所受合外力為零。在碰撞過(guò)程中，兩球存在內(nèi)力相互作用。設(shè)兩球碰撞力分別為F1和F2，對(duì)每個(gè)小球運(yùn)用動(dòng)量定理可得： （2） 碰撞定律 在研究物體碰撞過(guò)程中，除運(yùn)用動(dòng)量守恒定律外，還要考慮碰撞定理。非完全彈性物體碰撞有部分形變，碰撞后兩球分離速度與碰撞前兩球的接近速度成比例。比值為兩球材料的恢復(fù)系數(shù)： e為恢復(fù)系數(shù)，對(duì)于具有完全彈性的材料e1碰撞稱完全彈性碰撞（象牙），絕對(duì)沒(méi)有彈性的材料eo，碰撞稱完全非彈性碰撞（泥沙）。對(duì)于有部分的彈性材料，則oe1碰撞稱非完

36、全彈性碰撞。 （3） 動(dòng)量守恒應(yīng)注意的問(wèn)題 1.動(dòng)量守恒的條件是系統(tǒng)所受的合外力等于零。比如說(shuō)，人體運(yùn)動(dòng)中各種打擊過(guò)程、碰撞過(guò)程、踏跳過(guò)程，人與器械、人與人、器械與器械間的相互作用力可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于物體所受的外力，如摩擦力，在原則上我們近似的使用動(dòng)量守恒定律。2. 系統(tǒng)的總動(dòng)量守恒，是指系統(tǒng)內(nèi)各物體的動(dòng)量矢量和不變，但系統(tǒng)內(nèi)各物體的動(dòng)量可以互相傳遞。 例如：運(yùn)動(dòng)中的鞭打動(dòng)作，通過(guò)大環(huán)節(jié)帶動(dòng)小環(huán)節(jié)運(yùn)動(dòng)，若借助近側(cè)環(huán)節(jié)的制動(dòng)，則可使近側(cè)環(huán)節(jié)的動(dòng)量向遠(yuǎn)側(cè)環(huán)節(jié)傳遞，從而增大遠(yuǎn)側(cè)環(huán)節(jié)或運(yùn)動(dòng)器械的運(yùn)動(dòng)速度。3. 當(dāng)系統(tǒng)所受合外力不等于零時(shí)，則系統(tǒng)總動(dòng)量不守恒。但系統(tǒng)仍可能在某一方向上保持動(dòng)量守恒，只是在該方向

37、所受的合外力分力等于零。例如跳遠(yuǎn)騰空，在水平方向總動(dòng)量守恒，并不因?yàn)橥ι?、走步而改變身體重心的水平運(yùn)動(dòng)速度。但人體騰空總動(dòng)量并不守恒，因?yàn)槿梭w重力始終存在。第4節(jié) 人體運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)人體各環(huán)節(jié)的運(yùn)動(dòng)都是繞關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。人體走、跑、跳等動(dòng)作是通過(guò)環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所以，人體各環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)是人體運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)。在體育運(yùn)動(dòng)中，如單杠大回環(huán)、自由體操、技巧等項(xiàng)目的翻轉(zhuǎn)動(dòng)作，有的屬于整個(gè)人體的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作，有的用于局部肢體的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作?？梢?jiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)在人體運(yùn)動(dòng)中且廣泛存在的。研究人體的轉(zhuǎn)動(dòng)是運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的一個(gè)重要任務(wù)。這里講的轉(zhuǎn)動(dòng)也是基于剛體的理想化來(lái)進(jìn)行研究。(一)轉(zhuǎn)動(dòng)軸與轉(zhuǎn)動(dòng)的類(lèi)型剛體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，剛體上的各點(diǎn)都做四周運(yùn)

38、動(dòng)形成大小不等的同心圓，各圓的中心部位于同一直線上，這條直線叫做轉(zhuǎn)動(dòng)軸。如果轉(zhuǎn)動(dòng)軸的位置和方向相對(duì)于某一參照系是固定的，稱固定軸；繞固定軸的轉(zhuǎn)動(dòng)叫定軸轉(zhuǎn)動(dòng)。如果轉(zhuǎn)動(dòng)軸的位置和方向相對(duì)某一參照系是變化的，稱動(dòng)軸，繞動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)叫動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，又叫瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。 (二)人體轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸 人體轉(zhuǎn)動(dòng)軸可以是局部肢體的關(guān)節(jié)軸，也可能是身體的基本軸或人體外的器械軸。習(xí)慣上把體外的轉(zhuǎn)動(dòng)軸稱為實(shí)體軸，把體內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)抽稱為非實(shí)體軸。 1實(shí)體軸 當(dāng)人體統(tǒng)固定在地面上的運(yùn)動(dòng)器械轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，器械就是人體轉(zhuǎn)動(dòng)的實(shí)休軸。例如；體操運(yùn)動(dòng)員在單杠、雙杠、高低杠和吊環(huán)上的各種轉(zhuǎn)動(dòng)，這些器械就是人體轉(zhuǎn)動(dòng)的實(shí)體軸。2非實(shí)體軸非實(shí)體軸是人體局部肢體

39、或整體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所繞的位于人體內(nèi)部的某特定的直線。如通過(guò)關(guān)節(jié)中心點(diǎn)的關(guān)節(jié)軸以及人體的基本軸。矢狀面將人體分為左右兩部分，凡與此面平行的面稱為矢狀面。額狀面將人體分為前后兩部分，并與矢狀面垂直，凡與此平面平行的都稱額狀面。橫斷面將人體分為上下兩部分，同時(shí)與這兩個(gè)平面垂直的水平面稱為橫斷面或水平面。當(dāng)人體作為一個(gè)整體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，是通過(guò)人體總重心為原點(diǎn)的三個(gè)相互垂直的軸來(lái)判斷人體的轉(zhuǎn)動(dòng)情況的。在支撐狀態(tài)的人體轉(zhuǎn)動(dòng)，人體整體可以繞實(shí)體軸轉(zhuǎn)動(dòng)，也可以同時(shí)繞基本軸轉(zhuǎn)動(dòng)。而在騰空狀態(tài)的人體轉(zhuǎn)動(dòng)，只能繞基本軸轉(zhuǎn)動(dòng)。 (三)人體轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作的基本形式1有支點(diǎn)有實(shí)體軸的轉(zhuǎn)動(dòng)人休整體繞固定在地面上的運(yùn)動(dòng)器械的轉(zhuǎn)動(dòng)，即為有支

40、點(diǎn)有實(shí)體軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。如體操動(dòng)作中不脫離器械握點(diǎn)的擺動(dòng)、回環(huán)類(lèi)的動(dòng)作。人體的重心軌跡近似為一圓或一圓弧 2有支點(diǎn)無(wú)實(shí)體軸的轉(zhuǎn)動(dòng) 人體局部肢體或整體繞通過(guò)人體內(nèi)部的非實(shí)體軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，即為有支點(diǎn)無(wú)實(shí)體軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。如花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員冰上旋轉(zhuǎn)、投擲鐵餅(因379)、鏈球的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作以及籃球運(yùn)動(dòng)員的轉(zhuǎn)體動(dòng)作等。 3. 無(wú)支點(diǎn)無(wú)實(shí)體鈾的空中單軸和多軸轉(zhuǎn)動(dòng) 這種情況主要指人體繞額狀軸的前、后空翻動(dòng)作，繞矢狀軸的側(cè)空翻動(dòng)作，繞垂直軸的轉(zhuǎn)體動(dòng)作人體空中的多軸的復(fù)合轉(zhuǎn)動(dòng)是難度大的動(dòng)作，如體操的空翻加轉(zhuǎn)體的動(dòng)作(“旋”的動(dòng)作)，游泳、跳水中的空翻轉(zhuǎn)體動(dòng)作等都屬于繞多軸的復(fù)合轉(zhuǎn)動(dòng)。（四） 體育運(yùn)動(dòng)中各種轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作的目的性和特點(diǎn)(一

41、)體現(xiàn)難度的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作當(dāng)前，競(jìng)技體育比賽如體操、跳水、花樣滑冰中，創(chuàng)造難新動(dòng)作己成為取得勝利的重要環(huán)節(jié)。(二)以肢體末端環(huán)節(jié)獲得最大線速度為目的的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作足球勁射、排球大力揮臂扣殺、鐵餅、鏈球旋轉(zhuǎn)投擲的最后揮臂出手等動(dòng)作都包括肢體成整體的揮擺和轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作。(三)為后續(xù)動(dòng)作進(jìn)行能量或肌力貯備的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作從運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)考慮某一動(dòng)位相是否為后續(xù)動(dòng)作進(jìn)行動(dòng)能、勢(shì)能、轉(zhuǎn)動(dòng)能總機(jī)械能做好貯備。(四)以體現(xiàn)幅度、韻律、節(jié)奏的支撐慢起和空中造型性轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作體操動(dòng)作中的各種慢起推撐動(dòng)作、藝術(shù)體操、花樣滑冰和芭蕾舞等項(xiàng)目中有著大量的空中造型性轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作。(五)在對(duì)抗性競(jìng)技中以快速變向?yàn)槟康牡霓D(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作球類(lèi)運(yùn)動(dòng)中大量的躲閃、擺

42、脫、突破等動(dòng)作，是以快速變向?yàn)槟康牡霓D(zhuǎn)體動(dòng)作；擊劍、摔跤項(xiàng)目中也包括人體在文撐狀態(tài)下多種形式的轉(zhuǎn)體動(dòng)作，都包括著以快速變向?yàn)槟康牡纳眢w轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作。（二）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的概念平動(dòng)的物體具有慣性，平動(dòng)物體慣性的大小用物體的質(zhì)量來(lái)量度。轉(zhuǎn)動(dòng)物體同樣也具有慣性。在力學(xué)中，物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣性的大小是用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來(lái)描述的。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小不僅與物體的質(zhì)量有關(guān)，還與質(zhì)量的分布及轉(zhuǎn)軸的位置有關(guān)。質(zhì)量愈大、質(zhì)量分布離軸越遠(yuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也就越大。 理論上，對(duì)于質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)，如果它離轉(zhuǎn)軸的垂直距離為r，那么這個(gè)質(zhì)點(diǎn)對(duì)該轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，是描述物體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)保持原來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)能力的物理量。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大，轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)越不容易改變

43、。例如對(duì)不同的剛體；要得到同樣的角速度，則轉(zhuǎn)動(dòng)慣量愈大的剛體所需的外力矩也越大。因此，在這種意義上，類(lèi)似于牛頓第二定律Fma中的質(zhì)量m。因而，我們就容易理解直體后空翻為什么比團(tuán)身后空翻難度大，其原因是直體時(shí)，身體質(zhì)量分布離轉(zhuǎn)軸較遠(yuǎn)，轉(zhuǎn)軸慣量較大；團(tuán)身時(shí)，身體質(zhì)量分布較集中，離轉(zhuǎn)軸較近，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小。2、 動(dòng)量距定理及其應(yīng)用 （1）轉(zhuǎn)動(dòng)定律 剛體繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與角加速度的乘積，等于作用于剛體上的合外力矩。用公式表示為： 式中M是矢量，方向與角加速度的方向相同。力矩M、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I、角加速度都是對(duì)同一轉(zhuǎn)軸而言。（2） 動(dòng)量矩定理動(dòng)量矩定理可由轉(zhuǎn)動(dòng)定律推到出來(lái)。設(shè)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為I的剛體在恒力矩

44、M的作用下，經(jīng)過(guò)時(shí)間，轉(zhuǎn)動(dòng)角速度變?yōu)?，則角速度的變化量其角加速度，代入轉(zhuǎn)動(dòng)定律有：兩邊同乘得：式中 為沖量矩 稱為動(dòng)量矩。動(dòng)量矩定理表明：剛體動(dòng)量矩的的增加量等于它所受到的沖量矩。（3） 動(dòng)量矩定理的應(yīng)用 (1)人體環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作人體的各種運(yùn)動(dòng)都是以骨杠桿的轉(zhuǎn)動(dòng)為基礎(chǔ)的。而骨杠桿的轉(zhuǎn)動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的變化，則是肌拉力矩作用的結(jié)果，對(duì)人體環(huán)節(jié)而言，肌拉力矩就是外力矩。由轉(zhuǎn)動(dòng)定律可知肌力矩大于阻力矩，環(huán)節(jié)做克制性工作，肌力矩小于阻力矩，環(huán)節(jié)做退讓性工作，肌力矩等于阻力矩，環(huán)節(jié)處于平衡狀態(tài)，肌肉作等長(zhǎng)收縮完成靜力性工作。為增大肢體的轉(zhuǎn)動(dòng)效果，通常采用以下途徑： 1增大肌力矩 由轉(zhuǎn)動(dòng)定律和動(dòng)量矩定理可知，

45、肢體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不變時(shí)，增加肌力矩，可加大肢體的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度或角加速度。肌力矩等于肌力與肌力臂的乘積。欲增大肌力矩，一方面是增大肌力的大小， 另一方面增大肌力臂。2. 減少轉(zhuǎn)動(dòng)的慣量 當(dāng)肌拉力矩定時(shí)，減小肢體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可增大轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度，最終可以增加轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。因而，在環(huán)節(jié)軸繞關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)中，通常采用參與轉(zhuǎn)動(dòng)的環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)系的質(zhì)量盡可能的靠近轉(zhuǎn)軸的方法，以減少它們對(duì)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，從而提高轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度和角加速度。例如：籃球中的轉(zhuǎn)身動(dòng)作就要求盡可能的靠近身體進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)（2） 人體整體轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作 1.利用運(yùn)動(dòng)中身體某點(diǎn)制動(dòng)當(dāng)助跑平動(dòng)的人體在支撐點(diǎn)突然制動(dòng)時(shí)，人體就會(huì)繞通過(guò)制動(dòng)點(diǎn)的軸轉(zhuǎn)動(dòng)。這是由于慣性引起的。當(dāng)制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)點(diǎn)的速度為零，而人體制動(dòng)點(diǎn)以上部分仍要保持向前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變，這時(shí)就形成了整個(gè)人體繞制動(dòng)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)。撐桿跳高運(yùn)動(dòng)員完成助跑后，將桿插入插斗時(shí)，整個(gè)人體隨桿繞桿的插斗的支撐制動(dòng)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。與此同時(shí)，由于手的握點(diǎn)制動(dòng)，又使人體同時(shí)繞握桿點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。2. 增大偏心力矩的作用 前面曾講到，一個(gè)物體受到偏心力的作用，如果這個(gè)物體處于騰空狀態(tài)，那么它可產(chǎn)生平動(dòng)又轉(zhuǎn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。根據(jù)